Les filaments et protubérance solaire sont des structures de la couronne solaire (dont la température dépasse le millions de degrés), composée d’un plasma relativement dense et froid par rapport au milieu ambiant. Le plasma des protubérances/filament est de l’ordre de 10 000 K soit une température du même ordre de grandeur que celle de la chromosphère du Soleil. Les filaments/protubérances sont des structures magnétiques : c’est la présence de champ magnétique, possédant une géométrie spécifique en "hamac", qui permet l’existence de plasma froid dans la couronne chaude.

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Hα 1989/09/07
Image en Hα du disque solaire le 07/09/1989 lors d’un maximum du cycle solaire. de très nombreuse structures sont visibles : filaments, taches solaires, plages, régions actives, ...

Si les protubérances et les filaments correspondent au même objet physique, leur différents noms proviennent de la manière dont ces structures sont observées.

  • Un filament correspond à la structure magnétique lorsqu’elle est observée sur le disque solaire. Observée dans les raies chromosphériques (Hα, Ca II) elle apparait alors sombre par rapport au reste du disque solaire. La lumière propre que le filament émet est en effet beaucoup plus faible que celle du disque solaire, dont elle absorbe la lumière émise par la photosphère située sous elle.
  • Une protubérance n’est autre que ce même type de structure mais observées sur le bord du disque solaire, au limbe. Observée par contraste avec le fond du ciel beaucoup plus sombre, la protubérance apparait brillante du fais de la propre lumière qu’elle émet.
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Protubérance/filament solaire
Observation en Ca II K3. La même structure est observée sombre sur le disque (filament) et brillante par rapport au fond du ciel (protubérance). Cette observation montre que protubérances et filaments correspondent à la même structure physique.

Filaments et protubérances sont des structures très fréquemment observées par le Spectrohéliographe de Meudon. Les filaments se retrouvent sur les images en Hα et CaII. Pour observer et mettre mieux en avant les protubérances. Des méthodes spécifiques sont utilisées. En plaçant une "lune artificielle", partiellement opaque, sur le chemin optique du faisceaux d’entrée du spectrohéliographe, la lumière du disque solaire est atténué

Le plasma des protubérances/filaments est composé d’hydrogène et d’hélium ainsi que de certains autres éléments plus lourds (les astronomes parlent de « métaux ») comme le calcium ou le sodium. Dans les domaines visible et infra-rouge, on utilise principalement des raies spectrales de l’hydrogène et de l’hélium pour l’étude des conditions physiques (telles que température, pression, champ magnétique et champ de vitesses) qui vont caractériser le plasma. Les filaments/protubérances peuvent prendre des formes très variées : pilier, arche, champignon, buisson, draperie, arbre, etc, et ces formes peuvent évoluer. Une protubérance/filament peut ainsi se transformer, disparaître, réapparaître ou fusionner en quelques heures, et subsister plusieurs jours.

L’étude scientifique des protubérances est particulièrement motivée par leur rôle dans les interactions Soleil-Terre. En effet, le champ magnétique coronal qui les soutient peux brutalement se déstabiliser et se reconfigurer. La matière formant un filament/protubérance présent sur le disque solaire pendant plusieurs jours peut brutalement être éjectée en quelques dizaines de minutes au cours d’une éruption solaire. Ces éruptions peuvent potentiellement impacter l’environnement magnétique de la Terre.

L’étude des filaments et protubérances est un des enjeux principal du service du spectrohéliographe de Meudon. Les observations du spectrohéliographe permettent de suivre au cours du temps, de jour en jour, d’années en années, de cycle solaire en cycle solaire, l’évolution des propriétés de ces structures : leur distribution spatiale, leur taille, leur forme, leur durée de vie. Ceci permet d’en apprendre plus sur l’évolution de ces structures en lien avec l’évolution des cycles d’activités du Soleil. Seul un instrument imageur comme le Spectrohéliographe de Meudon et sa collection centenaire permettent d’effectuer ce type d’étude de climatologie de l’espace.

Filament Hα
Filament Hα
Image à haute résolution spatiale d’un filament solaire observée dans la raie Hα.
Protubérance Hα
Protubérance Hα
Protubérance observée en Hα au limbe du disque solaire.
Protubérance Call K3
Protubérance Call K3
Protubérance observée dans la raie K3 du CaII.
Protubérance HeII
Protubérance HeII
Protubérance solaire observée en He II